2023年高考物理全国乙卷真题变式·分层精准练：第4题

2023年高考物理全国乙卷真题变式·分层精准练：第4题

一、原题

1．一学生小组在探究电磁感应现象时，进行了如下比较实验。用图（a）所示的缠绕方式，将漆包线分别绕在几何尺寸相同的有机玻璃管和金属铝管上，漆包线的两端与电流传感器接通。两管皆竖直放置，将一很小的强磁体分别从管的上端由静止释放，在管内下落至管的下端。实验中电流传感器测得的两管上流过漆包线的电流I随时间t的变化分别如图（b）和图（c）所示，分析可知（　　）

A．图（c）是用玻璃管获得的图像

B．在铝管中下落，小磁体做匀变速运动

C．在玻璃管中下落，小磁体受到的电磁阻力始终保持不变

D．用铝管时测得的电流第一个峰到最后一个峰的时间间隔比用玻璃管时的短

二、基础

2．关于对楞次定律的理解，下面说法中正确的是（　　）

A．感应电流的方向总是要使它的磁场阻碍原来的磁通量的变化

B．感应电流的磁场方向，总是跟原磁场方向相同

C．感应电流的磁场方向，总是跟原磁场方向相反

D．感应电流的磁场总是跟原磁场磁感应强度大小相等，方向相反

3．如图所示，用绳吊起一个铝环，用磁铁的任意一极靠近铝环。下列说法正确的是（　　） 

A．用磁铁极靠近铝环，铝环会被吸引

B．用磁铁极靠近铝环，铝环会被吸引

C．用磁铁极靠近铝环，铝环中的电流方向为逆时针方向（从左向右看）

D．用磁铁极靠近铝环，铝环中的电流方向为逆时针方向（从左向右看）

4．如图所示，一个面积为S、匝数为n的圆形线圈，线圈平面与匀强磁场垂直、且一半在磁场中。在时间t内，磁感应强度的方向不变、大小由B增大到2B，在此过程中，线圈中产生的感应电动势为（　　）

A． B． C． D．

5．关于涡流、电磁阻尼、电磁驱动，下列说法错误的是（　　）

A．电磁炉利用电磁阻尼工作，录音机在磁带上录制声音利用电磁驱动工作

B．真空冶炼炉熔化金属是利用了涡流

C．金属探测器应用于安检场所，探测器利用了涡流的原理

D．磁电式仪表中用来做线圈骨架的铝框能起电磁阻尼的作用

6．金属探测器是用来探测金属的仪器，关于其工作原理，下列说法中正确的是 （　　） 

A．探测器内的探测线圈会产生稳定的磁场

B．只有有磁性的金属物才会被探测器探测到

C．探测到金属物是因为金属物中产生了涡流

D．探测到金属物是因为探测器中产生了涡流

三、巩固

7．电磁阻尼现象演示装置如图所示，钢锯条上端固定在支架上，下端固定有强磁铁，将磁铁推开一个角度释放，它会在竖直面内摆动较长时间；若在其正下方固定一钢块（不与磁铁接触），则摆动快速停止。下列说法正确的是（） 

A．如果将磁铁的磁极调换，重复实验将不能观察到电磁阻尼现象

B．用铜块替代钢块，重复试验将不能观察到电磁阻尼现象

C．在固定钢块的情况下，磁铁下摆和上摆过程中磁铁和钢锯条组成的系统机械能均减少

D．在固定钢块的情况下，磁铁在摆动过程中与钢块没有相互作用力

8．如图是汽车上使用的电磁制动装置示意图。与传统的制动方式相比，电磁制动是一种非接触的制动方式，避免了因摩擦产生的磨损。电磁制动的原理是当导体在通电线圈产生的磁场中运动时，会产生涡流，使导体受到阻碍运动的制动力。下列说法正确的是（　　） 

A．制动过程中，导体不会产生热量

B．制动力的大小与导体运动的速度有关

C．线圈一定是通交流电

D．如果改变线圈中的电流方向，可以使导体获得促进它运动的动力旋转轴运动导体（转盘）

9．简化的旋转磁极式发电机原理如图所示，定子是仅匝数n不同的两线圈，，二者轴线在同一平面内且相互垂直，两线圈到其轴线交点O的距离相等，且均连接阻值为R的电阻，转子是中心在O点的条形磁铁，绕O点在该平面内匀速转动时，两线圈输出正弦式交变电流。不计线圈电阻、自感及两线圈间的相互影响，下列说法正确的是（　　）

A．两线圈产生的电动势的最大值相等

B．两线圈中磁通量变化率的最大值相等

C．两线圈产生的电动势同时达到最大值

D．两电阻消耗的电功率相等

10．某同学用粗细均匀的金属丝弯成如图所示的图形，两个正方形的边长均为L，A、B两点之间的距离远小于L，在右侧正方形区域存在均匀增强的磁场，磁感应强度随时间的变化率，则A、B两点之间的电势差为（　　）

A． B． C． D．

11．图甲为某款“自发电”无线门铃按钮，其“发电”原理如图乙所示，按下门铃按钮过程磁铁靠近螺线管，松开门铃按钮磁铁远离螺线管回归原位置。下列说法正确的是 （　　）

A．按下按钮过程，螺线管端电势较高

B．松开按钮过程，螺线管P端电势较低

C．按住按钮不动，螺线管中会产生感应电动势

D．按下和松开按钮过程，螺线管产生大小相同的感应电动势

四、提升

12．两根质量均为m的光滑金属棒、b垂直放置在如图所示的足够长的水平导轨上，两金属棒与导轨接触良好，导轨左边间距是右边间距的2倍，两导轨所在的区域处于竖直向下的匀强磁场中。一根不可伸长的绝缘轻质细线一端系在金属棒b的中点，另一端绕过轻小光滑定滑轮与质量也为m的重物c相连，线的水平部分与导轨平行且足够长，c离地面足够高，重力加速度为g。由静止释放重物c后，两金属棒始终处在各自的导轨上垂直于导轨运动，达到稳定状态后，细线中的拉力大小为（导轨电阻忽略不计） （　　）

A． B． C． D．

13．如图所示，将一铝管竖立在水平桌面上，把一块直径比铝管内径小一些的圆柱形的强磁铁从铝管上端由静止释放，强磁铁在铝管中始终与管壁不接触．则强磁铁在下落过程中（　　）

A．若增加强磁铁的磁性，可使其到达铝管底部的速度变小

B．铝管对水平桌面的压力一定逐渐变大

C．强磁铁落到铝管底部的动能等于减少的重力势能

D．强磁铁先加速后减速

14．如图甲所示，光滑平行金属导轨水平固定放置，两导轨相距，导轨左端有两个阻值均为的电阻并联，导轨电阻不计。一根质量、接入电路的电阻的金属棒置于导轨上处，并与导轨垂直。一侧存在方向垂直导轨平面向下的磁场，其磁感应强度B与位置x的关系如图乙所示。金属棒在外力F作用下从以初速度开始沿导轨向右运动，且在运动过程中金属棒受到的安培力大小不变。下列说法正确的是（　　）

A．金属棒向右做匀减速直线运动

B．金属棒在处与处的瞬时速度大小之比为2∶1

C．金属棒从处运动到处的过程中，通过每个电阻的电荷量均为

D．金属棒从处运动到处的过程中，外力F所做的功为

15．如图所示，足够长的光滑金属导轨MN、PQ平行放置，且都倾斜着与水平面成夹角θ．在导轨的最上端M、P之间接有电阻R，不计其它电阻．导体棒ab从导轨的最底端冲上导轨，当没有磁场时，ab上升的最大高度为H；若存在垂直导轨平面的匀强磁场时，ab上升的最大高度为h．在两次运动过程中ab都与导轨保持垂直，且初速度都相等．关于上述情景，下列说法正确的是（　　）

A．两次上升的最大高度相比较为H＜h

B．有磁场时导体棒所受合力的功大于无磁场时合力的功

C．有磁场时，电阻R产生的焦耳热为

D．有磁场时，ab上升过程的最小加速度为gsinθ

答案解析部分

1．【答案】A

【知识点】涡流、电磁阻尼、电磁驱动；楞次定律；法拉第电磁感应定律；电磁感应中的动力学问题

【解析】【解答】A、强磁体在竖直金属管中运动时，金属管会产生涡流，所以受到电磁阻尼，强磁铁在管中加速后很快打到平衡状态，匀速下降，脉冲电流峰值不变，而在玻璃管中磁体一直做加速运动，脉冲电流峰值不断增大，A正确；
B、在铝管中，脉冲电流峰值不变，磁通量的变化率相等，强磁体做匀速直线运动，B错误；
C、在玻璃管中，脉冲电流峰值不断增大，电流不断变化，电磁阻力不断变化，C错误；
D、强磁体由静止释放，在铝管中，最终在线圈间匀速运动，玻璃管中在线圈间加速运动，故在铝管中电流第一个峰到最后一个峰的时间长，D错误。
故答案为：A。
【分析】正确理解应用法拉第电磁感应定律，感应电动势的大小由磁通量的变化率决定，感应电动势的大小也反映了强磁体运动速度的大小，从而区分玻璃管和金属管中的运动情况。

2．【答案】A

【知识点】楞次定律

【解析】【解答】A．感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁场的变化，即感应电流的磁场阻碍原磁通量的变化，A符合题意；

BC．当原磁场增强时，感应电流的磁场与原磁场方向相反；当原磁场减弱时，感应电流的磁场与原磁场方向相同，BC不符合题意；

D．感应电流的磁场阻碍原磁场的变化，阻值不是阻止，所以感应电流的磁场与原磁场的大小无关，方向也不一定相反，D不符合题意。

故答案为：A。

【分析】感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁场的变化，即感应电流的磁场阻碍原磁通量的变化，感应电流的磁场阻碍原磁场的变化，阻值不是阻止。

3．【答案】C

【知识点】楞次定律

【解析】【解答】AB．根据楞次定律“来拒去留”原则，用磁铁 或S极靠近铝环，铝环都会被排斥，AB不符合题意；

C．用磁铁 极靠近铝环，穿过铝环向右的磁通量增加，根据楞次定律，铝环产生感应磁场的方向向左，根据安培定则，铝环中的电流方向为逆时针方向（从左向右看），C符合题意；

D．用磁铁S极靠近铝环，穿过铝环向左的磁通量增加，根据楞次定律，铝环产生感应磁场的方向向右，根据安培定则，铝环中的电流方向为顺时针方向（从左向右看），D不符合题意。

故答案为：C。

【分析】根据楞次定律“来拒去留”原则，用磁铁 或S极靠近铝环，铝环都会被排斥。根据楞次定律判断线圈感应电流方向。

4．【答案】C

【知识点】法拉第电磁感应定律

【解析】【解答】根据法拉第电磁感应定律得：，故C符合题意，ABD不符合题意。
故答案为：C
【分析】根据法拉第电磁感应定律求解线圈中产生的感应电动势。

5．【答案】A

【知识点】涡流、电磁阻尼、电磁驱动

【解析】【解答】A.电磁炉利用涡流工作，录音机在磁带上录制声音时，利用了电流的磁效应，故A符合题意；
B.真空冶炼炉是线圈中的电流做周期性变化，在金属中产生涡流，从而产生大量的热量，熔化金属的，故B不符合题意；
C.金属探测器在探测金属时，由于被测金属中产生的涡流从而使报警器工作，故C不符合题意；
D.磁电式仪表中用来做线圈骨架的铝框中可以产生感应电流，能起电磁阻尼的作用，故D不符合题意。
故答案为：A
【分析】电磁炉利用涡流工作，录音机在磁带上录制声音时，利用了电流的磁效应；真空冶炼炉熔化金属是利用了涡流 ； 金属探测器应用于安检场所，探测器利用了涡流的原理 ； 磁电式仪表中用来做线圈骨架的铝框能起电磁阻尼的作用 。

6．【答案】C

【知识点】自感与互感；涡流、电磁阻尼、电磁驱动

【解析】【解答】金属探测器探测金属时，探测器内的探测线圈会产生变化的磁场，被测金属中感应出涡流，AD不符合题意，C符合题意；所有的金属都能在变化的磁场中产生涡流，所以不一定是只有有磁性的金属物才会被探测器探测到，B不符合题意；

故答案为：C.

【分析】金属探测器中的有效装置是闭合线圈，在接通交流电后，产生感应磁场，靠近金属物品时，金属物品产生感应涡流。

7．【答案】C

【知识点】涡流、电磁阻尼、电磁驱动；能量守恒定律

【解析】【解答】A．如果将磁铁的磁极调换，重复实验时，钢块的磁通量仍会变化，从而产生电磁感应（涡流）现象，进而将观察到电磁阻尼现象，A不符合题意；

B．用铜块替代钢块，重复实验时，在铜块中仍会产生涡流，仍能观察到电磁阻尼现象，B不符合题意；

C．在固定钢块的情况下，磁铁下摆和上摆过程中磁铁和钢锯条组成的系统机械能均减少，原因是在此过程中，钢块里出现涡流，从而产生内能，C符合题意；

D．在固定钢块的情况下，根据楞次定律的“来拒去留”，磁铁在摆动过程中与钢块间存在相互作用力，D不符合题意。

故答案为：C。

【分析】当磁极对换时，由于实验过程钢块的磁通量发生变化会产生电磁感应现象所以可以观察到电磁阻尼现象；利用铜块进行实验，在铜块还是可以发生电磁感应现象；利用楞次定律可以判别磁铁和钢块之间存在相互作用。

8．【答案】B

【知识点】涡流、电磁阻尼、电磁驱动

【解析】【解答】 制动过程中发生电磁感应，故导体产生热量，故A错误；
导体运动的速度决定感应电动势及感应电流的大小，感应电流决定安培力的大小，所以制动力的大小与导体运动的速度有关，故B正确；
线圈中通的可以是直流电，所以C错误；
根据楞次定律可知，电磁感应产生的安培力只能阻碍物体的相等运动，故D错误；
故选B。
【分析】本题主要考查电磁感应的基础内容，电磁感应的电动势大小与速度的关系，安培力与电动势的关系等。

9．【答案】B

【知识点】磁通量；法拉第电磁感应定律

【解析】【解答】AD．在转子匀速转动的过程中，通过两个线圈的磁通量均在做周期性变化，所以两个线圈均会产生感应电动势。根据法拉第电磁感应定律，可知，即使在磁通量的变化率相同时，由于匝数不同，产生的感应电动势也不会相等。同样的有效值也不相等。再根据功率的计算公式，可知，电阻消耗的电功率也不相等，AD不符合题意；

B．两线圈产生的交变电流均受转子的运动情况影响，转子在做匀速圆周运动，则相同，B符合题意；

C．电动势达到最大值时磁通量最小，结合题图可知，两个线圈的磁通量无法同时达到最小，故产生的电动势无法同时达到最大值，C不符合题意。

故答案为：B。

【分析】根据法拉第电磁感应定律和电功率的表达式得出两电阻消耗电功率的大小关系，利用磁通量的表达式得出磁通量变化率的大小关系。

10．【答案】B

【知识点】法拉第电磁感应定律

【解析】【解答】根据楞次定律可知，金属丝中电流沿逆时针方向，A点电势高于B点；根据法拉第电磁感应定律可知金属丝中电动势

由于金属丝粗细均匀，A、B两点间的电势差为电动势的一半；

故答案为：B。

【分析】利用楞次定律可以判别感应电流的方向，利用法拉第电磁感应定律可以求出电动势的大小，结合分压关系可以求出AB之间电势差的大小。

11．【答案】A

【知识点】楞次定律

【解析】【解答】A.按下按钮时，穿过线圈内向左的磁通量增大，根据楞次定律知，感应电流的磁场方向向右，此时螺线管Q端电势高，故A符合题意；
B.松开按钮时，穿过线圈内向左的磁通量减小，根据楞次定律知，感应电流的磁场方向向左，此时螺线管P端电势高，故B不符合题意；
C. 按住按钮不动，线圈内磁通量不变化，无感应电动势，故C不符合题意；
D.根据法拉第电磁感应定律可知，产生的电动势的大小与穿过线圈的磁通量的变化率成正比，由于按下和松开时间关系不确定，所以螺线管产生的感应电动势不一定相等，故D不符合题意。
故答案为：A
【分析】按压和松开过程，会导致线圈内磁场变化，产生感应电动势，根据楞次定律判断感应电流的方向；当保持不动时，线圈内磁通量不变化，无感应电流。

12．【答案】C

【知识点】电磁感应中的电路类问题；电磁感应中的动力学问题

【解析】【解答】设a、b棒的速度大小分别为 、 ，加速度大小分别为 、 ，c与b棒加速度大小相等，回路中的电流为 ，回路中的电动势为

到稳定状态后，电路中的电流恒定，即电动势恒定，导体棒的加速度恒定，易知

当 恒定时达到稳定状态，由此可知，导体棒的加速度满足

受力状态如图

对a棒受力分析

对b棒受力分析

对c受力分析

解得

C符合题意，ABD不符合题意。

故答案为：C。

【分析】利用ab棒运动的速度结合动生电动势的表达式可以求出回路中电动势的大小，结合稳定时电流和电动势恒定则可以得出两棒加速度的大小关系；结合两棒的牛顿第二定律及c的牛顿第二定律可以求出其细绳拉力的大小。

13．【答案】A

【知识点】功的计算；法拉第电磁感应定律；导体切割磁感线时的感应电动势；电磁感应中的动力学问题

【解析】【解答】解：A、磁铁通过铝管时，导致铝管的磁通量发生变化，从而产生感应电流，感应电流阻碍磁铁相对于铝管的运动；结合法拉第电磁感应定律可知，磁铁的磁场越强、磁铁运动的速度越快，则感应电流越大，感应电流对磁铁的阻碍作用也越大；所以若增加强磁铁的磁性，可使其到达铝管底部的速度变小．A符合题意；

B、D、磁铁在整个下落过程中，由楞次定律：来拒去留可知，铝管对桌面的压力大于铝管的重力；

同时，结合法拉第电磁感应定律可知，磁铁运动的速度越快，则感应电流越大，感应电流对磁铁的阻碍作用也越大，所以磁铁将向下做加速度逐渐减小的加速运动．磁铁可能一直向下做加速运动，也可能磁铁先向下做加速运动，最后做匀速直线运动，不可能出现减速运动；

若磁铁先向下做加速运动，最后做匀速直线运动，则铝管对水平桌面的压力先逐渐变大，最后保持不变．B不符合题意，D不符合题意；

C、磁铁在整个下落过程中，除重力做功外，还有产生感应电流对应的安培力做功，导致减小的重力势能，部分转化动能外，还有产生内能，动能的增加量小于重力势能的减少量．C不符合题意；

故答案为：A

【分析】对磁铁下落的整个过程进行分析，下落过程中，铝管的磁通量发生变化，产生电磁感应现象。下落过程中，重力和安培力做功根据能量守恒，结合法拉第电磁感应定律，分析求解。

14．【答案】D

【知识点】导体切割磁感线时的感应电动势；电磁感应中的动力学问题

【解析】【解答】A．由图乙可知，B不是匀强磁场，B随x在数值上的关系为一次函数，即有

金属棒切割磁感线产生电动势，则有  

初态时，有  

以后每个位置均有  

则有  

因为安培力不变，当位移增大时，速度不是均匀减小，所以棒不可能做匀减速运动，A不符合题意；

B．由A选项的分析可知x=0处与 x=1m处有  

即  

B不符合题意；

C．根据公式可得  

又  

由乙图图像面积知  

则  

则通过每个电阻的电荷量均为  

C不符合题意；

D．对导体棒，由动能定理得  

又  

解得  

D符合题意。

故答案为：D。

【分析】利用动生电动势及欧姆定律可以求出安培力的表达式，利用安培力的表达式结合位移的变化可以判别速度的变化；利用其位移的大小可以判别其速度的比值；利用其电流的定义式结合磁通量变化量可以求出电荷量的大小；利用动能定理可以求出外力做功的大小。

15．【答案】D

【知识点】导体切割磁感线时的感应电动势；电磁感应中的电路类问题；电磁感应中的动力学问题

【解析】【解答】解：A、无磁场时，根据能量守恒得，动能全部转化为重力势能．有磁场时，动能一部分转化为重力势能，还有一部分转化为整个回路的内能．动能相同，则有磁场时的重力势能小于无磁场时的重力势能，所以h＜H．A不符合题意．

B、由动能定理知：合力的功等于导体棒动能的变化量，有、无磁场时，棒的初速度相等，末速度都为零，则知导体棒动能的变化量相等，则知导体棒所受合力的功相等．B不符合题意．

C、设电阻R产生的焦耳热为Q．根据能量守恒知： =Q+mgh，则Q＜ ．C不符合题意．

D、有磁场时，导体棒上升时受重力、支持力、沿斜面向下的安培力，所以所受的合力大于mgsinθ，根据牛顿第二定律，知加速度a大于gsinθ．所以ab上升过程的最小加速度为gsinθ．D符合题意．

故答案为：D．

【分析】分析电磁感应问题，可以分成两个方向考虑，一是从受力方向进行考虑，二是从能量守恒方向进行考虑。从力的方向进行考虑，结合运动学公式判断物体的运动情况。从能量守恒方向考虑减少的机械，能转化成为电能。